Tabla de Condenidos
Patrones Nubosos en Imágenes Satelitales
Los distintos tipos de nubosidad asociada a losfrentes fríos en el sur de Sudamérica pueden distinguirse mediante el uso combinado de la información provista por los diferentes canales del satélite GOES-E.
- Visible (VIS): la nubosidad frontal con mayor desarrollo vertical, se destaca en tonos blancos muy brillantes
- Infrarrojo (IR): las áreas con nubosidad convectiva muestran tonalidades más brillantes en comparación con la nubosidad de niveles más bajos que se presenta en tonos grises.
- Vapor de Agua (WV): en la zona frontal se ve como una banda de tonalidad más oscura asociada a un secamiento en los niveles medios y altos de la atmósfera. En el borde delantero de esta banda se observan, en tonalidades más claras, las áreas de nubosidad con mayor espesor.
- RGB: la ventaja de estas imágenes es que permiten identificar diferentes tipos de nubes fácilmente. En colores amarillos se destaca la nubosidad de niveles bajos. La nubosidad con mayor desarrollo vertical se observa en tonos blancos, más brillantes, mientras que los cirrus translúcidos de niveles altos se presentan en tonalidades azuladas.
Los patrones nubosos asociados a los frentes fríos presentan diferencias entre la temporada cálida y fría. A continuación, se muestran dos ejemplos para comparar la nubosidad presente en cada caso. Los esquemas muestran las características generales y no necesariamente corresponden por completo a los casos de estudio presentados.
a) Verano
Hay densas nubes convectivas por delante de los frentes fríos de verano, generalmente debido a la ocurrencia de Sistemas Convectivos de Mesoescala (MCS) en presencia del Jet Sudamericano de Capas Bajas (SALLJ)
20 Diciembre 2014/17.45 UTC - Imagen GOES 13 Vis 0.6 20 Diciembre 2014/17.45 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.7
20 Diciembre 2014/17.45 UTC - Imagen GOES 13 WV 6.7 20 Diciembre 2014/17.45 UTC - Imagen GOES 13 RGB 114
La siguiente animación muestra el pasaje de un frente frío el día 6 de Febrero de 2014. Se observa como el frente frío alcanza a la Argentina desde el Pacífico sur y se mueve rápidamente al el este hacia el Océano Atlántico.
5 Febrero 00 UTC/ 6 Febrero 21 UTC - imagen GOES-E IR 10.8
b) Invierno
La nubosidad asociada a los frentes fríos de invierno se caracteriza por:
- Presencia de extensas bandas de nubosidadestratiforme con orientación NO-SE.
- En algunas situaciones, convección profunda está embebida en el manto estratiforme.
- En los casos en que los frentes fríos alcanzan latitudes menores (~20°S), es frecuente la persistencia de nubosidad baja (stratus) en el NO de Argentina, inmediatamente al este de la cordillera de los Andes.
5 Julio 2014/14.45 UTC - Imagen GOES 13 Vis 0.6 5 Julio 2014/14.45 UTC - Imagen GOES 13 IR 10.7
5 Julio 2014/14.45 UTC - Imagen GOES 13 WV 6.7 5 Julio 2014/14.45 UTC - Imagen GOES 13 RGB 114
La siguiente animación muestra el pasaje de un frente frío el día 22 de Agosto de 2013. En este caso, puede verse que el frente frío llega más al norte que en verano, alcanza hasta Paraguay y Bolivia, desencadenando la convección profunda alrededor de 00 UTC del 23 de agosto.
22 Agosto 00 UTC/ 22 Agosto 21 UTC - imagen GOES 13 IR 10.8
c) Nubosidad en aire frío detrás de los frentes fríos en Argentina
- Es común observar nubosidad cumuliforme convectiva de tipo celulares abiertos dentro del frente frío o por detrás del mismo. Esta nubosidad afecta principalmente las regiones costeras de Argentina en invierno, produciendo perdigones (gránulos) de hielo o agua nieve, nieve o chaparrones de lluvia.
26 de Julio 2014/18.00 UTC - imagen AQUA/MODIS RGB 143 (color verdadero) .
En la siguiente secuencia de imágenes de temperatura de topes nubosos se puede ver la presencia de nubosidad convectiva del tipo "celular abierto" afectando la costa de Argentina el día 11 de Septiembre de 2015.
22 August 00 UTC to 22 August 21 UTC - GOES 13 IR 10.7
Revisión teórica
Frentes fríos y nubosidad: corrientes conducentes
El mecanismo físico por el cual se desarrollan los frentes fríos es el movimiento relativo del aire frío (AF) respecto del aire cálido (AC). La masa de aire cálido asciende sobre la zona baroclínica que separa ambas masas de aire mientras que el aire frío se desplaza por debajo. De acuerdo al contenido de humedad presente, el ascenso de aire puede generar nubosidad y precipitación.
Para entender la precipitación o la nubosidad asociada a las zonas frontales se debe partir del concepto de corrientes conducentes o cintas transportadoras (Conveyor Belt en inglés). Estas corrientes son flujos o franjas de aire relativamente estrechas que fluyen a lo largo de superficies isoentrópicas inclinadas (θe o θw). Dichas corrientes de aire se definen en un sentido de flujo relativo al sistema frontal y, por lo tanto, representan trayectorias de aire a través del ciclón asociado durante su movimiento y evolución (Relative streams).
Existen tres tipos de corrientes conducentes:
- Corriente conducente cálida (CCC): Es una corriente de aire ascendente que se origina en el aire caliente y que transporta aire cálido y húmedo de niveles bajos a niveles altos, generalmente con una trayectoria hacia el polo. Caracterizada por valores elevados de θe o θw.
- Corriente conducente fría (CCF): Es una corriente de aire que se origina en niveles bajos al sur del frente caliente. Transporta aire frío de niveles bajos y medios, generalmente en dirección al SO, y forma parte de la nubosidad asociada a la forma de coma. Inicialmente es fría y seca (bajos valores de θe o θw).
- Intrusión seca (IS): Al oeste de la CCC se posiciona una corriente de aire descendente ( y, por lo tanto, más seco) que se origina en la troposfera alta. Dicha corriente puede ingresar en la circulación del sistema de baja presión resultando en una "lengua seca" o "intrusión seca", que constituye una región libre de nubes del lado frío del CCF.
Distribución esquemática de las corrientes conducentes. Los números corresponden a niveles de presión expresados en hPa.
Los frentes fríos se pueden dividir en dos categorías: catafrentes y anafrentes, los cuales se pueden describir en función de las corrientes conducentes. La característica principal que distingue estos tipos de frentes fríos es la orientación del jet en los niveles medios y altos de la troposfera:
- En los anafrentes, el eje del jet y la intrusión seca son paralelos a la banda nubosa lo cual promueve su desarrollo por detrás del frente frío en superficie. El aire caliente asciende a lo largo del frente hacia latitudes mayores, y puede producirse lluvia post-frontal.
- En el caso de los catafrentes, el eje del jet cruza la banda nubosa. El aire caliente desciende a lo largo del frente , y puede producirse lluvia adelante o a lo largo del frente.
Esquemas de las distintas corrientes conducentes asociadas a catafrentes fríos (izquierda) y anafrentes fríos (derecha) para el hemisferio sur. AF: aire frío, AC: aire cálido.
Si bien no existen muchos trabajos científicos locales que estudien estos tipos de frentes, en la región de Argentina, la climatología observacional indica que son más frecuentes los frentes fríos del tipo anafrentes. No siempre se puede hacer una distinción clara entre ambos tipos de frentes fríos.
A continuación se presentan algunas características de los catafrentes y de los anafrentes:
| Característica | Catafrente | Anafrente |
|---|---|---|
| Aire frío | Se mueve lentamente en relación al aire cálido, generando una moderada convergencia en niveles bajos. | Se mueve rápido respecto del aire cálido generando convergencia intensa en niveles bajos. |
| Corriente conducente cálida |
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Asciende paralela a la zona frontal con una componente hacia atrás más arriba. |
| Nubosidad | Predomina sobre la zona baroclínica y por delante del frente frío en superficie. | La banda nubosa se inclina hacia atrás respecto del frente en superficie, siguiendo la pendiente de la zona baroclínica. |
| Intrusión seca |
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| Precipitación | Mayormente por delante del frente frío en superficie. | Mayormente por detrás del frente frío en superficie. |
Desplazamiento típico de los frentes fríos sobre Sudamérica
La dinámica de los frentes fríos en el extremo sur de Sudamérica se ve fuertemente influenciada por la presencia de la cordillera de los Andes. Esta barrera montañosa se extiende desde latitudes cercanas al Ecuador hasta aproximadamente los 60°S y supera los 3000 metros de altura, en promedio.
Topografía de Sudamérica (Altura en kilómetros)
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En latitudes medias las perturbaciones sinópticas tienen un desplazamiento medio de oeste a este. En particular, en el sur de Sudamérica estas perturbaciones se ven afectadas por la presencia de la cordillera de los Andes, bloqueando su propagación hacia el este. |
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Como consecuencia de esto, los frentes fríos presentan un comportamiento diferencial al oeste y al este de la barrera montañosa en su desplazamiento meridional. Al oeste de los Andes los frentes solo logran alcanzar los 30°S en capas bajas, en cambio al este, logran penetrar hasta latitudes tropicales, más frecuentemente en invierno. |
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El trabajo de Garreaud (2000) explica los procesos dinámicos por los cuales los frentes fríos en invierno logran alcanzar una gran penetración meridional al este de los Andes. Esto último, responde en primer lugar, a que se establece la presencia de un intenso gradiente de presión producto de la interacción del anticiclón migratorio post-frontal y el sistema de baja presión asociado al frente frío que se desplaza frente a las costas del sur de Argentina. |
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Luego, al ingresar el anticiclón sobre el continente se produce un importante flujo ageostrófico hacia el norte debido al bloqueo de la componente zonal del viento hacia el oeste por la cordillera de los Andes. Esto genera una aceleración del flujo hacia el norte, paralelo a la cordillera. De esta forma, los sistemas frontales que atraviesan el continente al este de los Andes se ven canalizados hacia el norte sobre el centro argentino y pueden alcanzar latitudes subtropicales e incluso tropicales. |
Dinámica estacional de los frentes fríos
Existen diferencias en el comportamiento de los frentes fríos de verano e invierno.
a) Verano
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Los frentes fríos de verano presentan las siguientes características:
(*) Mas detalles sobre el rol del SALLJ en el desarrollo de la convección profunda puede encontrarse en el modelo conceptual "SALLJ & MCSs". |
b) Invierno
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Los frentes fríos de invierno presentan las siguientes características:
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Frente frío e interacción con el jet de niveles altos
En niveles altos, entorno de los 250 hPa, se puede encontrar un máximo de viento (corriente en chorro o jet) solidario al sistema frontal frío posicionado al sur de este último. Este máximo tiene asociado circulaciones transversales producto de las componentes ageostróficas que se generan a la entrada y salida del mismo (modelo de los cuatro cuadrantes, Uccellini y Johnson (1979)).
En la región de entrada, en altura, la aceleración del aire debido a la confluencia del flujo genera viento ageostrófico del norte generando zonas de divergencia y convergencia en el lado norte y sur del jet, respectivamente. Esto a su vez provoca que se establezca una celda de circulación directa, con ascensos del lado cálido del frente en superficie y descensos del lado frío. Sin embargo, en la región de salida del jet la desaceleración por la difluencia del flujo favorece un patrón de convergencia y divergencia opuesto al de la región de entrada. Esta configuración promueve el establecimiento de una celda indirecta ageostróficas. De este modo, la zona del frente frío que está en fase con la región de entrada del jet en altura, verá favorecido su desplazamiento al norte debido a estas circulaciones ageostróficas (Vera y Vigliarolo, 2000).
Frentes fríos e interacción con la SACZ
La activación de la Zona de Convergencia del Atlántico Sur (SACZ, modelo conceptual), que suele afectar a la región durante la temporada monzónica de Sudamérica (desde fines de Octubre hasta Abril) modifica el comportamiento y dinámica de los sistemas frontales fríos que atraviesan esta parte del continente.
30 Noviembre 2010 18 UTC - Imagen satelital GOES-E IR 10.8 para un caso de SACZ activa
Cuando la SACZ se encuentra en su fase activa los frentes fríos ven favorecido su desplazamiento hacia el noreste de Argentina y el centro-sur de Brasil hasta alcanzar la región de la SACZ, donde se estacionan. En cambio, durante la fase no activa, los frentes comienzan a debilitarse lentamente al arribar a la región del sur brasilero y luego comienzan a propagarse hacia el Océano Atlántico, sin nunca alcanzar la región de la SACZ (Nieto-Ferreira 2011).
Los episodios de incremento o disminución en la nubosidad convectiva sobre el centro de Argentina se encuentran fuertemente influenciados por la existencia de una estructura dipolar que se puede observar en la OLR , con un centro hacia el norte del Río de la Plata y el otro sobre la SACZ. La circulación en los casos de convección intensificada sobre Argentina se ve caracterizada por un fuerte anticiclón sobre el sur de Brasil que debilita la convección sobre la SACZ, un SALLJ que canaliza la humedad desde el sur de Amazonas hacia la región, y un jet subtropical en niveles altos de gran intensidad (Diaz Aceituno, 2003).
En cambio, cuando se dan eventos de fuerte convección sobre la SACZ y no se tiene la presencia de un fuerte SALLJ sobre el norte argentino, se espera que la convección en el centro del país no sea tan intensa.
Situación de verano con SACZ activa (derecha) y no activa (izquierda). La convección se verá reforzada o inhibida sobre el noreste Argentino según como se canalice el aire cálido y húmedo desde el Amazonas.
Variables Caracteristicas
- Presión a nivel del mar: vaguada frontal y sistema de baja presión asociado y anticiclón post-frontal.
- Advección de temperatura potencial equivalente (TPE) y convergencia de humedad en 850 hPa: valores máximos de ambas variables por delante del frente frío en superficie.
- Parámetro térmico frontal (TFP, de sus siglas en ingles): valor máximo de TFP en la zona frontal.
- Advección de vorticidad ciclónica en 500 hPa: máximos valores en delantera de vaguada.
- Isotacas y líneas de corriente en 250 hPa: máximo de viento asociado a la corriente en chorro de niveles altos. La orientación del Jet streak es mayormente paralela a la banda nubosa del Frente Frío (FF)
Presión a nivel del mar
6 de febrero 2014/00UTC. Imagen GOES 13 IR 10.7; magenta: presión a nivel del mar (hPa).
Advección de temperatura potencial equivalente (TPE) y convergencia de humedad en 850 hPa
6 de febrero 2014/00UTC. Imagen GOES 13 IR 10.7; magenta: TPE en 850 hPa, amarillo: convergencia de humedad en 850 hPa (gr/kg día), vector verde: viento en 850 hPa (m/s).
Parámetro Térmico Frontal (TFP)
6 de febrero 2014/00UTC. Imagen GOES 13 IR 10.7; verde: presión a nivel del mar (hPa), azul: TFP
Advección de vorticidad ciclónica en 500 hPa
6 de febrero 2014/00UTC. Imagen GOES 13 IR 10.7; cyan: altura geopotencial de 500 hPa, verde: advección de vorticidad positiva en 500 hPa (108 s-2), azul: advección de vorticidad negativa en 500 hPa (108 s-2) .
Isotacas y líneas de corriente en 250 hPa
6 de febrero 2014/00UTC. Imagen GOES 13 IR 10.7; verde: líneas de corriente en 250 hPa, amarillo: isotacas en 250 hPa (m/s).
Estructura Vertical
- Temperatura potencial equivalente: Máximo gradiente inclinado hacia abajo en la zona frontal.
- Pendiente frontal: depende del contraste de temperatura de las masas de aire a ambos lados del frente frío. A mayor/menor contraste térmico, menor/mayor pendiente frontal.
- Humedad relativa: Elevada sobre la pendiente frontal y baja por detrás de ésta.
- Advección de temperatura: Máxima advección caliente por encima de la zona frontal, advección fría por detrás y por debajo de la zona frontal.
- Divergencia: Máximo de convergencia en superficie por delante del frente.
- Movimientos ascendentes: Máximos movimientos de ascenso sobre la zona frontal, siendo estos mayores en verano que en invierno. Movimiento descendente por debajo de la zona frontal.
- Temperatura de brillo (imágenes IR ): valores mínimos (por debajo de -20°C) relacionados con la nubosidad en la zona frontal. En la región de convección profunda los valores están por debajo de -60°C. con nubosidad estratiforme los valores oscilan entre -30 y -40°C.
Los siguientes ejemplos muestran dos situaciones asociadas a la presencia de frentes fríos en el centro de Argentina. Su principal diferencia radica en la inclinación de la pendiente de la zona frontal, la cual está determinada por el contraste de temperatura entre ambas masas de aire (Margules, 1906). La pendiente de los frentes fríos en invierno/verano suelen ser chata/empinada debido al alto/bajo contraste térmico.
6 de Febrero 2014/00 UTC - imagen GOES-E IR 10.7; posición del corte vertical indicada. 10 de Septiembre 2015/00 UTC - imagen GOES-E IR 10.7; posición del corte vertical indicada.
Isentrópicas y Humedad Relativa
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, humedad relativa en azul (%) y temperatura de brillo en amarillo (°C) - 6 Feb 2014 00UTC.
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, humedad relativa en azul (%) y temperatura de brillo en amarillo (°C) - 10 Sep 2015 00UTC
Advección de temperatura
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, advección de temperatura en rojo (10 -4 °C/seg) y temperatura de brillo (°C) en amarillo - 6 Feb2014 00UTC.
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, advección de temperatura en rojo (10 -4 °C/seg) y temperatura de brillo en amarillo (°C) - 10 Sep 2015 00UTC.
Divergencia
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, divergencia (10 -5 seg -1) en magenta y temperatura de brillo (°C) en amarillo 6 Feb 2014 00UTC.
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, divergencia (10 -5 seg -1) en magenta y temperatura de brillo (°C) en amarillo - 10 Sep 2015 00UTC
Movimientos verticales
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, Omega en sombreado (Pa/s) y temperatura de brillo en amarillo (°C) - 6 Feb 2014 00UTC.
Lon: 63°W. Temperatura potencial equivalente (K) en negro, Omega en sombreado (Pa/s) y temperatura de brillo en amarillo (°C) - 10 Sep 2015 00UTC
Fenómenos de Tiempo Significativo
Los fenómenos de tiempo significativo son altamente variables y pueden diferir según la época del año. Aquí se presentan los fenómenos de tiempo relacionados al pasaje de frentes fríos durante el verano e invierno en el centro de Argentina.
Verano
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Precipitación |
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| Temperatura |
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| Viento |
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| Otra información relevante |
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Invierno
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Precipitación |
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| Temperatura |
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| Viento |
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| Otra información relevante |
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6 de febrero 2014/00UTC - GOES-E IR 10.7; tiempo significativo (rojo: tormenta, verde: lluvia, azul: llovizna, amarillo: niebla, marrón: polvo levantado por el viento, negro: sin precipitación o sin reporte de tiempo presente). 10 de septiembre 2015/00UTC - GOES-E IR 10.7; tiempo significativo (rojo: tormenta, verde: lluvia, azul: llovizna, amarillo: niebla, marrón: polvo levantado por el viento, negro: sin precipitación o sin reporte de tiempo presente).
6 de febrero 2014/00UTC, reporte SYNOP de temperatura de superficie. 10 de septiembre 2015/00UTC, reporte SYNOP de temperatura de superficie.
Referencias
- Díaz, A. and Aceituno, P., 2003: Atmospheric Circulation Anomalies during Episodes of Enhanced and Reduced Convective Cloudiness over Uruguay. J. Climate, 16, 3171-3185.
http://dx.doi.org/10.1175/1520-0442(2003)016<3171:ACADEO>2.0.CO;2 - Garreaud, René D., 2000: Cold Air Incursions over Subtropical South America: Mean Structure and Dynamics. Mon. Wea. Rev., 128, 2544-2559.
http://dx.doi.org/10.1175/1520-0493(2000)128<2544:CAIOSS>2.0.CO;2 - Margules, M., 1906: Über Temperaturschichtung in stationär bewegter und ruhender Luft. Met Z, Hann-Bd.
- Nieto-Ferreira, R., Rickenbach, T. M. and Wright, E. A., 2011: The role of cold fronts in the onset of the monsoon season in the South Atlantic convergence zone. Q. J. R. Meteorol. Soc. 137: 908-922. doi: 10.1002/qj.810
- Uccellini, L. W., and Johnson, D. R., 1979: The Coupling of Upper and Lower Tropospheric Jet Streaks and Implications for the Development of Severe Convective Storms. Mon. Wea. Rev., 107, 682-703.
http://dx.doi.org/10.1175/1520-0493(1979)107<0682:TCOUAL>2.0.CO;2 - Vera, C. S. and Vigliarolo, P. K., 2000: A Diagnostic Study of Cold-Air Outbreaks over South America. Mon. Wea. Rev., 128, 3-24.
http://dx.doi.org/10.1175/1520-0493(2000)128<0003:ADSOCA>2.0.CO;2